Cone-Beam Computed Tomography to evaluate changes in trabecular lower jawbone microstructure caused by bone loss and antiresorptive treatment / CBCT para evaluar cambios en la microarquitectura ósea de la mandíbula por pérdida ósea y tratamiento antirresortivo

ABSTRACT For decades, conventional histomorphometry has been the gold standard for analyzing trabecular bone microarchitecture. In recent years, micro-computed tomography (μCT) devices have been validated and are now considered the gold standard for quantifying bone microstructure Aim The aim of this preliminary report is to evaluate the usefulness of CBCT to assess trabecular mandible microstructural properties in normal ewes and to compare the quantitative changes associated with ovariectomy and antiresorptive treatment Material and Method Twelve adult Corriedale ewes (n=4/group) aged 3-4 years were divided into 3 groups and studied for 28 months. Eight ewes were ovariectomized (OVX) and divided into OVX and OVX+ZOL groups (n=4/group) which were treated as follows, by jugular injection: OVX received saline solution and OVX+ZOL received zoledronate (Zol) (Gador SA, CABA, Argentina) (4 mg/month). Another four ewes were subjected to sham surgery (SHAM group) and received saline solution Results Densitometry showed that jaw mineral content (BMC) and density (BMD) were significantly lower in OVX than in SHAM and OVX+ZOL ewes; no difference was observed between OVX+ ZOL and SHAM groups. CBCT analysis showed that bone volume (BV/TV%); trabecular thickness (TbTh); connectivity density (CD) and anisotropy degree (AD) were significantly lower, and trabecular spacing (TbSp), significantly higher in OVX than in SHAM ewes. AD was significantly higher and TbSp significantly lower in OVX+ZOL than in OVX groups. BV/TV%, TbTh and CD showed a clear tendency to being higher in OVX+ZOL than in OVX groups. No statistical difference was observed between OVX+ZOL and SHAM ewes. CBCT in a nondestructive, fast, very precise procedure for measuring bone morphometric indices without biopsies, which are not indicated for morphometric evaluation in osteoporosis Conclusions The current study demonstrated the potential of the high-resolution CBCT imaging to assess in vivo quantitative bone morphometry and bone quality of lower jaw cancellous bone under normal conditions and to differentiate changes associated with excessive bone loss induced by estrogen withdrawal and antiresorptive intervention.

RESUMEN Objetivo El presente informe preliminar evaluó la utilidad de Tomografía Computada de Haz Cónico (CBCT) para analizar las propiedades microestructurales trabeculares del maxilar inferior de ovejas y comparar los cambios cuantitativos asociados con la ovariectomía y tratamiento antirresortivo. Se estudiaron dieciséis ovejas Corriedale adultas de 3-4 años Materiales y Método Doce ovejas fueron ovariectomizadas (OVX) y divididas en 2 grupos: OVX y OVX+ZOL (n=4/grupo) cuyo tratamiento por inyección endovenosa en la yugular durante 28 meses fue el siguiente: OVX con solución salina y OVX+ZOL con zoledronato (Gador S.A. CABA. Argentina) (Zol) (4 mg/mes); 4 ovejas fueron sometidas a cirugía simulada (grupo SHAM) Resultados La densitometría (Lunar DPX) mostró que el contenido mineral del hueso maxilar (CMO) y la densidad (DMO) fueron significativamente más bajos en OVX que en SHAM y OVX+ZOL; no se observaron diferencias entre los grupos OVX+ZOL y SHAM. El análisis de las imágenes por CBCT (Planmeca Promax 3D Classic) mostró que el volumen óseo (BV/TV%); el espesor trabecular (TbTh); la densidad de conectividad (CD) y el grado de anisotropía (AD) fueron significativamente menores (p<0.05), y el espaciado trabecular (TbSp), significativamente mayor en OVX que en SHAM (p<0.05). AD fue significativamente mayor (p<0.05) y TbSp, significativamente menor en OVX+ZOL que en OVX (p<0.05). BV/TV%, TbTh y CD mostró una clara tendencia a ser mayor en OVX+ZOL que en OVX. No se observaron diferencias estadísticas entre OVX+ZOL y SHAM Conclusiones En base a nuestros resultados consideramos que CBCT presenta suficiente confiabilidad y validez para evaluar in vivo la morfometría cuantitativa y la calidad del hueso esponjoso del maxilar inferior en condiciones normales, así como para diferenciar los cambios en dichos parámetros asociados a la pérdida ósea excesiva por la caída estrogénica e intervención antirresortiva. Aunque se necesitan estudios futuros, nuestros resultados agregarían una herramienta no invasiva adicional para diferenciar la microestructura del hueso trabecular mandibular en estudios preclínicos , sentando las bases para su futura aplicación en la práctica clínica.

MicroARN circulantes y su potencialidad como futuros biomarcadores óseos / Circulating microRNAs and their potential use as future bone biomarkers / MicroRNAs circulantes e a sua potencialidade como futuros biomarcadores ósseos

Resumen El remodelamiento óseo es ejercido por la actividad de osteoblastos y osteoclastos y puede evaluarse por marcadores bioquímicos de formación y resorción ósea. Sin embargo, el nivel de los marcadores óseos está sometido a una enorme cantidad de variables y, además, carece o presenta escaso valor pronóstico. Los microARN (miARN) fueron recientemente estudiados como una alternativa potencial para ser utilizados como nuevos marcadores óseos. Los miARN son pequeñas moléculas de ARN no codificantes (15-25 nucleótidos) que, a través de la inhibición o degradación de ARN mensajeros, modifican una serie de funciones biológicas. Los miARN específicos de hueso ejercen funciones reguladoras sobre factores transcripcionales involucrados en la osteoblastogénesis y osteoclastogénesis, modificando el remodelamiento óseo. La mayoría de los miARN permanecen dentro de la célula, pero algunos son liberados a la circulación donde pueden ser dosados. Los miARN circulantes presentan gran estabilidad en fluidos biológicos, lo que los hace potenciales candidatos a ser utilizados como nuevos biomarcadores óseos. Cambios en el patrón normal de miARN circulantes específicos de hueso reflejarán modificaciones en el metabolismo óseo y señalan el posible inicio o progresión de enfermedades óseas, como la osteoporosis. Si bien es promisorio, el uso en la práctica clínica de los miARN específicos circulantes como nuevos biomarcadores óseos, ello implica primeramente cumplir con una serie de requisitos que permitan estandarizar las condiciones preanalíticas, analíticas y posanalíticas de estas moléculas. La presente revisión brinda información reciente sobre los estudios clínicos tendientes a determinar el posible uso de los miARN circulantes como nuevos biomarcadores óseos, ya que cuentan con elevada sensibilidad y especificidad diagnósticas, valor predictivo positivo y valor predictivo negativo.

Abstract Osteoblasts and osteoclasts activity determines the level of the bone remodelling process which can be assessed by biochemical markers of bone formation and resorption. However, bone marker levels are subject to a series of variables resand, furthermore, they lack or have little prognostic values. MicroRNAs (miRNAs) were recently studied as a potential alternative to be used as new bone biomarkers. The miRNAs are endogenous small noncoding RNA molecules (15-25 nucleotides) that regulate many biological functions by inhibiting or degrading specific messenger RNAs. Bone-specific miRNAs exert regulatory functions on key transcriptional factors involved in osteoblastogenesis and osteoclastogenesis, modifying the bone remodelling process. Most miRNAs remain within the cell, but some of them are released into circulation. Circulating miRNAs show great stability in biological fluids, which makes them excellent candidates to be used as new bone biomarkers. Modifications in the normal pattern of bone-specific circulating miRNA might reflect changes in bone metabolism, signalling the possible onset or progression of bone diseases, such as osteoporosis. Although promising, the use of specific circulating miRNAs as new bone biomarkers in clinical practice implies fulfilling a series of requirements that lead to standardising the pre-analytical, analytical and post-analytical conditions of these molecules. The present review gives an overview on the clinical studies related to the possible use of specific circulating miRNAs as new bone biomarkers.

Resumo A remodelação óssea é exercida pela atividade dos osteoblastos e osteoclastos e pode ser avaliada para a medição dos marcadores bioquímicos de formação e reabsorção óssea. No entanto, o nível dos marcadores ósseos está sujeito a grande quantidade de variáveis e, além disso, carece ou tem pouco valor prognóstico. Os microARN (miARN) foram estudados recentemente como uma alternativa potencial para serem utilizados como novos marcadores ósseos. Os MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não codificantes (15-25 nucleotídeos) que, através da inibição ou degradação de RNA mensageiros modificam uma série de funções biológicas. Os miRNAs específicos de osso exercem funções reguladoras sobre fatores transcricionais envolvidos na osteoblastogênese e na osteoclastogênese, modificando o processo de remodelação óssea. A maioria dos miRNAs permanece dentro da célula, mas de RNA mensageiros alguns são liberados na circulação, onde podem ser determinados bioquimicamente. Os miRNAs circulantes apresentam grande estabilidade em fluidos biológicos, o que os torna excelentes candidatos para serem usados como novos biomarcadores ósseos. Mudanças no padrão normal de miRNA circulantes específicos do osso mostrarão mudanças no metabolismo ósseo, sinalizando o possível início ou progressão de doenças ósseas, como osteoporose. Embora promissor, o uso de miRNAs específicas circulantes na prática clínica como novos biomarcadores ósseos, implica primeiramente, atender uma série de requisitos que permitem padronizar as condições pré-analíticas, analíticas e pós-analíticas dessas moléculas. A presente revisão fornece informações recentes sobre estudos clínicos destinados a determinar o possível uso dos miRNAs circulantes como novos biomarcadores ósseos, visto que contam com elevada sensibilidade e especificidade diagnósticas, valor preditivo positivo e valor preditivo negativo.

Efectos de la administración local de PTH 1-34 a bajas dosis en un modelo experimental de periodontitis: estudio piloto / Local effects of low dose of PTH 1-34 on experimental periodontitis: pilot study

La periodontitis es una patología inflamatoria que aumenta la resorción de hueso alveolar (HA), pérdida de la inserción dentaria y posible exfoliación. Evaluamos el efecto de la administración intermitente de bajas dosis de parathormona (PTH) 1-34 sobre la recuperación de la masa ósea pérdida en un modelo experimental de periodontitis inducida por una ligadura periodontal (LP) con hilo de algodón alrededor de la pieza dentaria. Las ratas fueron divididas luego de 5 días en instaurada la periodontitis en: CT LP sin trata-miento y PTH LP tratados con 0,2 µg/kg PTH 1-34 subcutánea local, tres veces por semana por 17 días. El control absoluto fue un tercer grupo sin LP (CT). Se estudiaron parámetros antropométricos, bioquímicos e histomosfométricos en tibias y hemimandibulas. La calcemia, fosfatemia, CTX sérico, PTHi y vo-lumen óseo (BV/TV%) de tibias fueron similares en los tres grupos. El BV/TV% del HA fue significativamente menor en PTH LP respecto de CT pero mayor que CT LP (p<0.05). La pérdida ósea de HA porcentual fue significativamente mayor en CT LP (p<0.05). La altura del ligamento periodontal fue significativamente menor en PTH LP que en CT (p<0.05) y mayor respecto de CT LP, sin alcanzar diferencias significativas. Los resultados del presente estudio piloto sugieren que la administración intermitente de PTH en bajas dosis y durante un periodo de tiempo corto disminuye la progresión de la enfermedad periodontal sin generar efectos sistémicos. Como no se logró regenerar totalmente el tejido periodontal se requieren estudios adicionales. (AU)

Periodontitis is an inflammatory chronic disease with high prevalence in adults that induces a progressive alveolar bone (AB) loss leading to tooth loss. Experimental periodontitis can be induced in rats by cotton ligature placement (LP) in the gingival sulcus around the molar teeth. The biofilm accumulation and disruption of the gingival epithelium lead to bone resorption. We investigated whether intermittent administration of a low dose of PTH 1-34 may recover the alveolar bone loss in the experimental periodontitis induced in female Wistar rats. Animals were randomly divided in two groups which were subcutaneously injected with: saline solution (CT LP) or 0,2 µg/kg PTH 1-34 (PTH LP) three times per week during 17 days. Unligated rats were taken as healthy controls (CT). Anthropometric, biochemical and histologic analysis of tibia and hemimandible were done. No differences in serum calcium, phosphorus, CTX, PTHi or subchondral tibia bone volume (BV/TV%) were observed between the three groups. AB BV/TV% was significantly lower in PTH LP than in CT but higher than in CT LP (p<0.05). The highest percentage of AB loss was observed in CT LP. The height of periodontal ligament was lower in PTH LP than in CT (p<0.05) but not significantly higher than CT LP.The increase in AB loss by experimental periodontitis appears to be corrected by the intermittent administration of low doses of PTH without systemic effect. As the recovery of periodontal tissue was only partial, additional studies should be done.

Is periostin useful as a biomarker for fibrous dysplasia? / ¿Es útil periostina como biomarcador de displasia fibrosa?

Fibrous dysplasia (FD) is an infrequent non-hereditary bone disease caused by a somatic mutation of the GNAS gene. Periostin is a novel marker that increases during tissue healing and fibrous or inflammatory diseases. We conducted an exploratory case-control study to evaluate sensitivity of periostin as a biomarker of FD. The study comprised 15 patients with FD, and healthy age- and sex-matched subjects (controls). Serum periostin levels were assessed and comparisons were established between FD patients and controls, and between patients with the monostotic and the polyostotic form of FD. No statistically significant differences in serum periostin levels were observed between the cohort of FD patients studied here and the control group (FD: 51.1±10ng/ml vs. control: 44.2±15ng/ml; p=0.15), or between the clinical forms of FD (polyostotic: 51.8±9.1ng/ml vs. monostotic: 49.6±13 ng/ml; p=0.66). A sub-analysis performed to compare serum levels of periostin in FD patients with and without a history of fractures showed no statistically significant differences [fracture patients (n=4): 41.2±17ng/ml vs. non-fracture patients (n=11): 49.9±11 ng/ml; p=0.47].Lastly, sensitivity of periostin as a biomarker of FD was analyzed, and was found to have low sensitivity to estimate disease activity [ROC curve; cut-off points: 39.625(0.867-0.467)]. To conclude, in the cohort of FD patients studied here, periostin serum levels did not differ significantly from those of the control group or between the two forms of the disease, and showed low sensitivity as a biomarker of the disease. (AU)

La displasia fibrosa (DF) es una enfermedad infrecuente del hueso, no hereditaria producida por una mutación somática del gen GNAS. Periostina (Postn) es un novedoso marcador, cuyos niveles séricos se encuentran elevados en los procesos de reparación tisular, enfermedades fibrosas o inflamatorias. Llevamos a cabo un estudio exploratorio caso-control para evaluar la sensibilidad de Postn como biomarcador de DF. Se incluyeron en el estudio 15 pacientes con DF apareados por edad y género con sujetos sanos (controles) en los cuales se evaluó los niveles séricos de Postn en pacientes con DF y controles y según forma de presentación clínica. No observamos diferencias estadísticamente significativas en los niveles séricos de Postn y el grupo control (DF: 51.1±10ng/ml vs. control: 44.2±15ng/ml; p=0.15) como así tampoco por forma clínica de DF (poliostótica: 51.8±9.1ng/ml vs. monos-tótica: 49.6±13 ng/ml; p=0.66). Posteriormente realizamos un sub-análisis para evaluar los niveles séricos de Postn en los pacientes con DF y antecedentes de fracturas no observan-do diferencias estadísticamente significativas [fracturados (n=4): 41.2±17ng/ml vs. no frac-turados (n=11): 49.9±11 ng/ml; p=0.47]. Por último analizamos la sensibilidad Postn como biomarcador de DF, mostrando este poseer escasa sensibilidad para estimar actividad de la enfermedad [curva ROC; puntos de corte: 39.625 (0.867-0.467)]. En conclusión, los ni-veles séricos de Postn en nuestra cohorte de pacientes con DF no mostraron diferencias estadísticamente significativas comparadas con el grupo control o por forma clínica de presentación, mostrando una baja sensibilidad como biomarcador de enfermedad. (AU)

Micro-ARNs y células óseas / Micro RNAs and bone cells

Los micro-ARNs (miARNs) son pequeñas moléculas de ARN no codificante (de aproximadamente 15-25 nucleótidos), que regulan la expresión de genes involucrados en numerosas funciones biológicas, a través de la inhibición o degradación de un ARN mensajero diana. La homeostasis ósea se mantiene por el balance entre la formación osteoblástica y la resorción osteoclástica. La sobreexpresión o inhibición de miARNs específicos afecta la proliferación, diferenciación y actividad de osteoblastos, osteocitos y osteoclastos. Estas acciones son llevadas a cabo modulando la expresión de distintos factores transcripcionales y moléculas de señalización de las vías esenciales para la osteoblastogénesis u osteoclastogénesis. Estos efectos modifican el balance entre la formación y la resorción, determinando cambios en la homeostasis ósea. Esta revisión enumera una serie de miARNs que participan en la homeostasis ósea. Profundizando en el conocimiento de los mecanismos por medio de los cuales los miARNs actúan sobre el hueso, podrían revelarse nuevos usos potenciales futuros, entre los que se encuentran su utilidad como nuevos biomarcadores óseos o como agentes terapéuticos para el tratamiento de trastornos metabólicos óseos, pérdida de masa ósea o enfermedades óseas. (AU)

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous small noncoding RNA molecules (of approximately 15­25 nucleotides), which regulate the expression of genes controlling numerous biological functions, through the inhibition or degradation of the target messenger RNA. Bone homeostasis is maintained by a balance between osteoblastic bone formation and osteoclastic bone resorption. The overexpression or inhibition of specific miRNAs affects cell proliferation, differentiation and activity of osteoblast, osteocytes and osteoclast. This action is done by modulating the expression of different transcription factors and signaling molecules of the most relevant pathways of osteoblastogenesis or osteoclastogenesis. This effect is able to modify the balance between bone formation and resorption, determining changes in bone homeostasis. The present review is an overview of a series of miRNAs involved in bone homeostasis. An in depth knowledge of the mechanisms by which miRNAs act on bone may reveal potential uses in the future as new bone biomarkers or therapeutic agents for treating metabolic bone disorders, bone loss and bone diseases. (AU)

Rol de la osteocalcina más allá del hueso / Role of osteocalcin beyond bone

Los hallazgos osteológicos se intensi!caron en los últimos años. Se demostró que el esqueleto se comporta, además de sus funciones clásicas, como un órgano de secreción endocrina que sintetiza al menos dos hormonas: el factor de crecimiento de !broblastos 23 (FGF-23) y la osteocalcina (Ocn). La Ocn es un péptido pequeño que contiene 3 residuos de ácido glutámico. Estos residuos se carboxilan postraduccionalmente, quedando retenida en la matriz ósea. La forma decarboxilada en el primer residuo de ácido glutámico (GluOcn) fue reportada por poseer efectos biológicos; la resorción ósea es el mecanismo clave para su bioactivación. La presente revisión se centra en los conocimientos actuales sobre la función hormonal de la Ocn. A la fecha se reporta que la Ocn regularía el metabolismo energético aumentando la proliferación de células ` pancreáticas, y la secreción de insulina y de adiponectina. Sobre el músculo esquelético actuaría favoreciendo la absorción y el catabolismo de nutrientes. La función reproductiva masculina estaría regulada mediante el estímulo a las células de Leydig para sintetizar testosterona; en el desarrollo cerebral y la cognición, la Ocn aumentaría la síntesis de neurotransmisores monoaminados y disminuiría el neurotransmisor inhibidor GABA. Si bien son indispensables mayores evidencias para dilucidar los mecanismos reguladores por medio de los cuales actuaría la Ocn, los resultados enumerados en los distintos estudios experimentales establecen la importancia de este novedoso integrante molecular. Dilucidar su rol dentro de estos procesos interrelacionados en seres humanos abriría la posibilidad de utilizar a la Ocn en el tratamiento de enfermedades endocrino-metabólicas. (AU)

Osteological !ndings have intensi!ed in recent years. The skeleton behaves as an endocrine secretion organ that synthesizes at least two hormones: osteocalcin (Ocn) and !broblast growth factor 23 (FGF-23). Ocn is a small peptide that contains 3 glutamic acid residues. After translation, these residues are carboxylated to make possible its retention into the bone matrix. Decarboxylation on the !rst glutamic acid residue (GluOcn) has been reported to have biological effects. Bone resorption is the key mechanism for its bioactivation. This review focuses on current knowledge on Ocn hormonal function. It has been reported that Ocn regulates energy metabolism by increasing the proliferation of pancreatic ` cells, and the secretion of insulin and adiponectin. On the skeletal muscle, it may act by favoring the absorption and catabolism of nutrients. Male reproductive function might be regulated by stimulating Leydig cells to synthesize testosterone. Regarding brain development and cognition, Ocn would increase monoamine neurotransmitters synthesis and decrease inhibitory neurotransmitter GABA. Although more evidence is needed to elucidate the regulatory mechanisms of Ocn, different experimental studies establish the importance of this novel molecular mediator. Clarifying its role within interrelated processes in humans, might open the possibility of using Ocn in different treatments of endocrine-metabolic diseases. (AU)